Определение энергии активации и температуры воспламенения

Для большинства горючих смесей общий вид зависимости скорости реакции от температуры определяется выражением:

где Wx р — скорость химических реакций, моль/(м3 с); Т— температура, К; R — универсальная газовая постоянная, Дж/(моль • К); Еэф — эффективная энергия активации, характеризующая зависимость скорости сложного химического превращения от температуры, Дж.

Если известен вид зависимости скорости реакции от температуры:

то энергию активации рассчитывают как тангенс угла наклона прямой:

Величину Wr, пропорциональную скорости химической реакции, определяют экспериментальным путем.

При условии конвективной передачи тепла в процессе воспламенения градиент температуры локализован у стенки реакционного сосуда, а температура во всех точках реагирующей смеси практически одинакова. В этих условиях величину Wr определяют путем обработки экспериментальных зависимостей, показывающих изменение температуры реагирующей смеси в период предпламенных превращений и характеристик теплообмена этой системы с внешней средой.

Расчетное уравнение для величины Wr определяют следующим образом. Баланс теплоты реагирующей смеси с учетом теплообмена с внешней средой можно представить выражением:

где Qxp- количество теплоты, выделяющейся в ходе химических превращений, Дж; Q1 — количество теплоты, идущее на нагревание горючей смеси, Дж; Q1 количество теплоты, которое отводится или подводится к реагирующей смеси в результате ее энергетического обмена с внешней средой, Дж.

Количество теплоты, выделяющейся в ходе химических превращений горючей смеси:

где: Qm — тепловой эффект реакции, отнесенный к одному моль горючей смеси, кДж/моль; Кобъем реакционного сосуда, м3; Z- коэффициент, учитывающий внешние факторы протекания реакции.

Количество теплоты, идущее на нагревание горючей смеси, составляет:

где Cv — теплоемкость единицы объема горючей смеси, Дж/(м3 • К).

Подставив в уравнение (2) выражение (3) и (4) и разделив все члены нового выражения на CyVdx, получим:

Введя обозначения:

получим искомое расчетное выражение:

Изменение температуры реагирующей смеси dT/dx определяют по экспериментальной кривой Т=Т(х). Изменение температуры, соответствующее количеству теплоты, которое отводится или подводится в процессе энергетического обмена с окружающей средой, определяют по экспериментальной кривой T1 = T1(X).

Участок кривой Т=Т(х), соответствующий развитию предпла- менных процессов и началу воспламенения, делят на равные отрезки, как показано на рис. 28.3, а.

[1] [2]

Определив значения InH^ и 1/71 для каждого отрезка экспериментальных кривых (см. рис. 28.3, а), строят зависимость InW7r- f(l/7") (см. рис. 28.3, б) и рассчитывают энергию активации по тангенсу угла наклона у.

За температуру воспламенения принимают среднее значение температуры показаний милливольтметра в период воспламенения, соответствующей резкому ее нарастанию по кривой T= Дт).

  • [1] Рис. 28.3. Вид зависимостей изменения температурыT (а) и InWr (б): Tk — конечная точка нагревания; Tbc — температура вспышкигорючей смеси; T1 — температура, соответствующаятеплообмену смеси с окружающей средой Для каждого отрезка определяют следующие величины: • Tcp — среднюю температуру на середине отрезка;
  • [2] А Т/Ax — изменение температуры по кривой Т=Т(х); •A T1 /Ах — изменение температуры по кривой T1 = T1(X); • Wr = А Т/Ат + A T1/Ах.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >